基于災害分區的山洪調查與防治

索惠霞

(河北省承德水文水資源勘測局，河北 承德 067000)

0 引 言

我國人口分布不均，經濟發展水平各異，地域氣候千差萬別，地形地貌迥然不同，自然災害頻繁發生。2002年以來，山洪災害在我國自然災害中所占比重逐年增加，造成的人員傷亡事故和財產損失不可小覷，已經成為現階段制約我國經濟社會良好快速發展的瓶頸之一。為此，國家編制出臺了《全國山洪災害防治規劃》、《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質災害預防和綜合治理總體規劃》等一系列規范標準，以指導全國各地加緊開展山洪災害調查與防治專項行動。

截止2015年底，我國在山洪災害治理的非工程措施投入達到289.4億元，初步建成了山洪災害綜合防治體系[1]。

本文首先梳理山洪災害研究現狀，加強綜合防治體系的整體認識，然后以河北承德縣山洪災害調查與防治為具體案例。在工程設計過程中，參考其他省市的先進合理舉措，并閱讀了大量專家學者的論著和報告。在此基礎上，結合工程所在地區的實際情況，為本工程的決策和實施提供科學合理的方法，也為其他同類山洪防治工程提供參考。

1 山洪災害防治現狀

1.1 山洪災害調查方法

山洪災害調查是綜合防治體系中的基礎，是后期分析評價的數據支撐和預警系統布設是否合理的關鍵。因此，山洪災害調查是一項難度高、工作量大、調查內容繁雜且時間緊迫的工作。山洪調查一般以200 km2范圍以內作為一個小流域單元對象，傳統的外業調查方式需要安排較多人力才能在短時間內完成地形地貌、縱橫斷面等要素測量。馮超以山西省延安市吳起鎮山洪災害調查為例，使用RTK測繪方法對該區域縱橫斷面、沿河村落分布情況進行實地測繪，介紹了實踐中測繪布置要點和經驗[2]。隨著計算機和網絡計算的巨大發展，新型的調查方法不斷涌現，三維激光掃描技術、遙感測繪、無人機測量、手持智能終端數據處理系統、GIS系統運用、機載雷達激光技術等等充實完善了復雜地形地質條件下的測量手段，增加了山洪調查的可選方案，可大量節省人力消耗，提高工作效率。劉昌軍將三維激光掃描技術應用于山區丘陵地帶的洪水災害調查評價中，可為山洪災害評價提供高精度的基礎數據，得到控制斷面地形、下墊面特征及河道糙率等資料[3]。張覺曉利用先進的北斗衛星系統，采用NRS網絡CORS在山洪災害測量中運用[4]。林賢斌介紹了中海達公司的RTK測繪儀器在山區洪水災害調查中的運用[5]。靳宏昌介紹了GIS在山洪調查中的應用[6]。王英以廣東省茂名市山洪調查為例，介紹了基于平板移動終端的智能調查系統，可較大程度地提高山洪調查的外業和內業效率[7]。劉昌軍重點介紹了無人機在水利行業的應用潛力和巨大前景，通過無人機結合激光雷達技術，在山洪災害防治區開展高精度的基礎數據搜集工作[8]。劉昌軍利用無人機航測技術，在陜西商洛某無資料小流域開展山洪調查與評價，開發了航測路線程序、地圖拼接技術和后期數據自動處理系統，可提供大比例尺、高精度的地形圖基礎數據[9]。胡小青針對機載激光雷達技術中的短板，開發了一套激光點云數據快速自動處理的程序，為山洪災害調查要素的獲取提供了技術支撐[10]。于桓飛采用山洪調查創新技術，外業使用手持GIS終端采集數據，通過自主研發的Gistar軟件統一導出，與中央組織開發的山洪調查軟件具有很好的互導性[11]。

1.2 山洪災害分析與評價方法

山洪災害分析與評價是內業工作的重點內容，山洪預警方法的研究對于合理確定預警閾值和信息發布時間至關重要。目前，基于水文學的暴雨設計、洪水設計、產匯流分析方式方法較多，更加合理的理論計算方法有待進一步研發。王鶴鳴通過單站雨量搜集，經過統計分析，以單站和區域臨界雨量為控制指標，建立了山洪災害預警模型[12]。段生榮以無雨量站實測值的炭山嶺小流域為案例，采用實測雨量分析法、災害與降雨頻率分析法和產匯流分析法對導致洪災的臨界雨量進行分析，選擇產匯流法作為合理的計算方法[13]。申睿針對無資料小流域山區洪水計算問題，對比經驗公式法、推理公式法、瞬時單位線法和分布式降雨徑流模型法，認為推理公式法和分布式降雨徑流模型法比較合理[14]。韓冬采用推理公式法計算設計水位，采用頻率法分出三級危險區，根據災害水位的頻率、特征水位與人口、房屋高程分布的對比，對現狀防洪能力進行評估，計算出沿河村鎮臨界雨量，確定了預警指標[15]。周奇以宣城市宣州區山洪調查為具體案例，通過水力學方法計算水位～流量關系，通過實地調查得出水位～人口關系曲線，進而得出致災水位對應的流量，由暴雨洪水計算資料，可以查出洪水頻遇值[16]。

1.3 山洪災害區劃分析

基于山洪災害評價成果，按照《全國山洪災害防治規劃》要求，可較為合理地劃分出分類分級治理范圍和標準。根據不同的指標，通常將山洪防治劃分為非防治區和防治區，防治區又可細分為重點防治區和一般防治區。屈明洋調查了黑龍江全省山洪災害分布、類型，以行政區縣為調查單元，劃分出一般防治區和重點防治區，通過受災人口、基礎設施的調查，評價出危險程度[17]。郭良提出在全國范圍內開展小流域山洪災害調查評價，從調查內容、調查流程、層級管理幾個方面論述了必要性和可行性[18]。馮田超以降雨分布、地形地質條件和社會經濟發展狀況對遼寧省區域進行劃分，然后將3種要素進行疊加，可以劃分出遼寧省山洪災害防治區的分級類型[19]。張平倉分析了全國范圍內山洪災害發生的分布格局、時間節點，將全國的山洪災害劃分為三級區劃等級，對進一步認識山洪致災因素和成災類型，厘清防治工作重點及特點，具有重要意義[20]。

1.4 山洪災害防治措施

通過科學合理的分類治理思路，可根據山洪發生頻次、地形地貌、經濟社會狀況等因素，按照“輕重緩急”有條不紊地開展山洪災害治理工程，杜絕盲目投資建設、社會經濟效益低下的弊病。根據我國的經濟發展水平和災害治理試點效果分析，目前的治理思路是“以非工程措施為主，以工程措施作為必要補充”，進而一大批治理方法和模式應運而生。何秉順在山洪災害防治中提到對一些重要的集鎮、人居集中區可通過實施工程措施加以治理，同時在深入認識中小河流治理、水土保持與山洪溝治理的區別與聯系的基礎上，研究山洪溝設計規范與標準[21]。刑喬分析了重慶酉陽縣山洪災害的特征和當地防洪措施存在的不足，從山洪及相關災情自然屬性的分析評價、監測預警系統配備、發揮群眾共治和重點山洪溝治理幾個方面進行了介紹[22]。劉福新針對山西隰縣山洪防治，將工程措施劃分為水保措施和水利措施兩大類，根據不同的地形地貌條件選擇不同的措施，并提出了將預防和治理山洪災害的知識進行科普的建議[23]。岳平系統分析了黑龍江省山洪災害區劃方法和工程防治措施，提出中小型水庫除險加固工程、堤防工程護坡護岸、坡水處理工程預防水土流失、河道整治工程保證行洪通暢、排洪工程確保安全是常用的工程措施[24]。

1.5 山洪災害訊息平臺構建

山洪災害調查與防治是一項系統工程，現已初步形成全國范圍內的山洪災害調查防治體系和標準，局部問題需要進一步研究細化。與此同時，利用現代網絡技術和“互聯網+”手段，開發全國山洪防治運行服務平臺，整合氣象、水利、農業、國土資源等部門關于山洪地質災害訊息，為各省市提供及時、有效的信息服務和治理經驗總結。陳煜結合現代先進計算機云技術，提出在建設全國山洪災害防治管理平臺過程中的技術支撐和關鍵問題，可以為全國范圍、各部門和公眾提供及時、準確、專業的山洪災害資料和預報，是一個資源集成與共享的服務平臺[25]。

2 承德縣山洪災害調查

承德縣位于河北省，總面積3 648.1 km2，山地丘陵占全縣總面積的94.6%，屬山區縣。多年平均降水量574.4 mm，絕大部分集中于汛期6～9月份。地形地貌復雜，地質條件不良，暴雨工況下易形成山洪、泥石流、山體滑坡等山洪災害。與大多數山洪災害成因相似，主要受以下幾個因素控制：突降暴雨、復雜的地形地貌、溝道阻塞和人為因素。

2.1 雨量站暴雨時程分配

通過收集承德縣各雨量站的暴雨資料，選取下板城站、三溝站和三家站典型雨量站對24 h最大暴雨進行時程分配，見圖1。

圖1 下板城、三溝站、三家站(從左往右)最大24 h暴雨時程分配圖(典型年1994年)

由圖1可知，最大24 h暴雨分布不均，具有集中降雨的特點，易形成洪峰致災。

2.2 設計暴雨洪水計算方法

暴雨分析采用年最大值法，在全市雨量站中挑選資料系列長、代表性強的資料進行分析。具體方法是選用各歷時段資料(即10、20、30、45、60 min和1.5、2、3、4、6、9、12、24 h)經過頻率分析，利用暴雨公式推求出暴雨遞減指數和地理參數。洪水計算中按照5種計算分區，分別為暴雨分區、n值分區、產流分區、匯流分區和概化過程線分區。基于分區的基礎上，按照以下4種方法計算設計洪峰流量，分別是根據實測資料進行推算、合理化公式、推理公式、水電部科研院法。

2.3 歷史洪水調查

歷史洪水調查中，主要聯系當地村領導和年老者協同調查歷史洪痕、水面坡降、地面比降、斷面糙率等要素。洪水計算方法按照比降～面積法恒定非均勻流流量公式計算，公式如下：

(1)

經過走訪調查、實地勘察與計算分析，分別得出何家河興家村、暖兒河八家鄉桑園村、野豬河沙金溝和新杖子鄉南臺子村蘭家臺斷面洪水成果。現以何家河興家村為例，列舉計算方式及成果見圖2～圖4，洪峰流量計算成果見表1。

圖2 興家村上斷面圖

圖3 興家村下斷面圖

圖4 興家村局部縱斷面圖

項目上斷面(U)下斷面(L)水位581.53580.36斷面面積A /m255.2874.77水面寬B /m56.767.7水力半徑R /m0.971.1AR2/354.353 145 7879.888 914 831/A20.000 327 2380.000 178 873河床糙率n0.034河段輸水率K1 974重力加速度g9.8動能校正系數α1.156 315 789擴散系數ξ0.3水面比降S0.011斷面間距L /m106.4流量Q /m3·s-1234.9

3 結 語

本文對我國山洪災害調查與防治現狀進行梳理，分別從山洪災害調查方法、山洪災害分析與評價方法、山洪災害區劃分析、山洪災害防治措施、山洪災害訊息平臺構建幾個方面進行闡述。以承德縣山洪災害調查為例，重點介紹了山洪災害調查的內容、暴雨洪水計算方法和設計洪水流量計算過程，并給出何家河興家村洪水計算成果，供類似山區洪水調查工程參考。